CN107785871B - 一种电机保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机保护装置及方法，所述装置主要包括CPU主系统及模拟量输入模块。CPU主系统包括电机保护模块和无功补偿控制模块，其中无功补偿控制模块根据实时采集的电机信号判断无功补偿设备的投切及电机所需无功补偿量，从而控制无功补偿设备中相应电容器的投切状态，调节输出的无功补偿量，适用于不同的无功补偿方法。本发明提供的电机综合保护装置具备电机保护功能的同时，根据电机工作状态投切无功补偿设备，信号采集快速准确，适用性强，接线简单。

Description

一种电机保护装置及方法

技术领域

本发明涉及电机无功补偿技术领域，具体涉及一种电机保护装置及方法。

背景技术

电机综合保护装置是电机全面保护设备，能够实时检测电机三相电流值、电压值，实现电机各种保护功能，测试精度高，分辨率高，保护动作可靠。目前电机综合保护装置主要功能为电机的保护功能、报警功能以及通讯功能等，其中保护功能通常是些常规性保护，如过压保护、断相保护、短路保护、不平衡保护、欠流保护、过流保护、自启动功能等。

现有的电机无功补偿由无功补偿设备实现，无功补偿设备主要包括控制器、电容器投切开关和电容器。其中控制器负责采集电机运行参数，如电压、电流等，这些数据通过处理后，得到电机所需无功补偿量，控制器控制相关开关动作，发出合适的无功补偿量，使电机能够高效运行。

由此可见，目前电机综合保护装置和无功补偿装置分开设置，使得电机配套设备较为复杂，操作困难，且投资成本较高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种电机保护装置及方法，能够根据电机工作状态投切无功补偿设备，解决了现有的电机综合保护装置和无功补偿装置分开设置，使得电机配套设备较为复杂，操作困难，且投资成本较高的问题。

第一方面，本发明提供了一种电机保护装置，所述电机保护装置与电机连接，所述电机保护装置与无功补偿设备通过光缆或无线进行通信，所述电机保护装置包括：CPU主系统及模拟量输入模块；

所述模拟量输入模块，用于将实时采集的电机信号经过A/D转换后发送至所述CPU主系统；

所述CPU主系统包括电机保护模块和无功补偿控制模块；

所述无功补偿控制模块用于根据所述电机信号判断无功补偿设备的投切及电机所需无功补偿量，从而控制所述无功补偿设备中电容器的投切状态，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿或停止为所述电机提供无功补偿。

优选地，所述无功补偿控制模块，具体用于：

当CPU主系统判断所述电机电流小于等于额定电流值时，则所述无功补偿控制模块向所述无功补偿设备的投切开关发送闭合指示信号，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿；

若所述电机电流等于零时，则向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号。

优选地，所述无功补偿控制模块，具体用于：

判断所述电机信号中的电机电压是否小于等于设定电压值；

若所述电机电压小于等于设定电压值，则向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号，以使所述无功补偿设备停止为所述电机提供无功补偿。

优选地，所述无功补偿设备包括多组并联的电容器及与所述电容器一一对应的投切开关；

相应地，所述无功补偿控制模块，还用于：

根据实时采集的电机信号计算无功补偿量，根据所述无功补偿量确定投入或切除的电容器的数量；

根据所述计算得到的投入或切除的电容器的数量，向相应数量的投切开关发送闭合指示信号或关断指示信号。

优选地，所述无功补偿控制模块，具体用于：

根据实时采集的电机信号获得无功补偿量，根据所述无功补偿量确定接入电容器的数量丨n丨；

若n大于0，则向n个未闭合的投切开关发送闭合指示信号；

若n小于0，则向丨n丨个闭合的投切开关发送关断指示信号。

优选地，所述电机保护模块包括但不限于电机过流保护单元、差动电流速断单元。

优选地，所述电机保护装置还包括：开关量输入输出模块、人机对话模块、串行通讯模块及电源模块。

第二方面，本发明提供了一种基于上述任意一种电机保护装置的电机保护方法，所述方法包括：

模拟量输入模块将实时采集的电机信号经过A/D转换后，发送至CPU主系统；

所述CPU主系统根据所述电机信号判断无功补偿设备的投切及电机所需无功补偿量；

所述CPU主系统向无功补偿设备发出投切信号，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿或停止为所述电机提供无功补偿。

优选地，所述CPU主系统根据所述电机信号判断无功补偿设备的投切，包括：

所述CPU主系统判断所述电机信号中的电机电流是否小于等于额定电流值；

若所述电机电流小于等于额定电流值，所述CPU主系统向所述无功补偿设备的投切开关发送闭合指示信号，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿；

若所述电机电流等于零时，则向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号。

优选地，所述CPU主系统根据所述电机信号判断无功补偿设备的投切，包括：

所述CPU主系统判断所述电机信号中的电机电压是否小于等于设定电压值；

若所述电机电压小于等于设定电压值，所述CPU主系统向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号，以使所述无功补偿设备停止为所述电机提供无功补偿。

由上述技术方案可知，本发明通过电机保护装置实时采集的电机信号，确定电机工作状态，并根据电机工作状态判断无功补偿设备的投切和投切容量，代替了传统无功补偿设备控制器的功能。由此可见，本发明提供的电机保护装置及方法操作简单，简化了电机配套设备，节省空间。现有技术中，由无功补偿装置控制器核定电机无功补偿量，控制相应投切开关动作，而本发明将无功补偿设备的控制器功能融入电机综合保护装置，因此无功补偿装置得以简化，投资成本降低，适用于各种补偿设备及方法。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种电机保护装置的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种电机保护装置的接线原理示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种电机保护方法的流程示意图；

图1～图2中标记说明：1-电机保护装置；2-电机；3-无功补偿设备；4-母线；11-模拟量输入模块；12-CPU主系统；121-电机保护模块；122-无功补偿控制模块；13-开关量输入输出模块；14-人机对话模块；15-串行通讯模块；16-电源模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一实施例中的一种电机保护装置的结构示意图，如图1所示，所述电机保护装置1一端与电机2连接，另一端接于母线4，无功补偿设备3与所述电机保护装置1接于同一母线4上，所述电机保护装置1与所述无功补偿设备3通过光缆或无线进行通信。

具体来说，如图1及图2所示，所述电机保护装置1包括：CPU主系统12及模拟量输入模块11。

其中，所述模拟量输入模块11，用于将实时采集的电机信号经过A/D转换后发送至所述CPU主系统。其中，所述电机信号包括：电机电流及电机电压。

所述CPU主系统12包括电机保护模块121和无功补偿控制模块122。所述无功补偿控制模块122用于根据所述电机信号判断无功补偿设备的投切及电机所需无功补偿量，从而控制所述无功补偿设备中电容器的投切状态，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿或停止为所述电机提供无功补偿。

需要说明的是，电机保护装置1的一端通过电动机断路器与电机2连接，另一端连接至母线；无功补偿设备3与电机2接与同一母线上。

具体地，电机保护装置1用于控制无功补偿设备中电容器对应的投切开关的闭合或断开，则电机保护装置1根据实时采集的电机信号确定电机工作状态，根据电机工作状态判断无功补偿设备投切状态、控制电容器投切开关，从而控制投切容量。

由此可见，本实施例通过电机保护装置实时采集的电机信号，确定电机工作状态，并根据电机工作状态判断无功补偿设备的投切和投切容量，代替了传统无功补偿设备控制器的功能。由此可见，本实施例提供的电机保护装置操作简单，简化了电机配套设备，节省空间。现有技术中，由无功补偿装置控制器核定电机无功补偿量，控制相应投切开关动作，而本实施例将无功补偿设备的控制器功能融入电机综合保护装置，因此无功补偿装置得以简化，投资成本降低，适用于各种补偿设备及方法。

在本发明的一个可选实施例中，上述实施例中的无功补偿控制模块122，具体用于：

判断所述电机信号中的电机电流是否小于等于额定电流值；

当所述CPU主系统12判断所述电机电流小于等于额定电流值时，则所述无功补偿控制模块122向所述无功补偿设备的投切开关发送闭合指示信号，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿；

若所述电机电流等于零时，则向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号。

具体来说，如图2所示，模拟量输入模块11与电流传感器TA的二次侧连接，电流传感器TA的一次侧与电机主回路连接。则模拟量输入模块11可接收到电流传感器采集的电机电流，并通过A/D转换器对电机电流进行A/D转换后发送至CPU主系统12。CPU主系统12对电机电流进行判断，当电机电流小于等于额定电流值，则无功补偿控制模块122向所述无功补偿设备的投切开关发送闭合指示信号，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿。

由此可见，本实施例中，电机保护装置中的CPU主系统12可具体将电机电流值与给定的额定电流值进行比较，若采集的电机电流值大于额定电流值，无功补偿控制模块122不发出任何信号，而若采集的电机电流值小于或等于额定电流值，无功补偿控制模块122则向无功补偿设备的投切开关发出闭合指示信号，以控制无功补偿设备为电机提供无功补偿。

在本发明的一个可选实施例中，上述实施例中的无功补偿控制模块122，具体用于：

判断所述电机电压是否小于等于设定电压值；

若所述电机电压小于等于设定电压值，则向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号，以使所述无功补偿设备停止为所述电机提供无功补偿，确保电机失压后无功补偿设备退出运行。

具体来说，如图2所示，模拟量输入模块11与电压传感器TV的二次侧连接，电压传感器TV的一次侧与电机主回路连接。则模拟量输入模块11可接收到电压传感器采集的电机电压，并通过A/D转换器对电机电压进行A/D转换后发送至CPU主系统12。CPU主系统12中的无功补偿控制模块122则对电机电压进行判断，当电机电压小于等于设定电压值，则向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号，以使所述无功补偿设备停止为所述电机提供无功补偿，确保电机失压后无功补偿设备退出运行。

由此可见，本实施例中，电机保护装置中的CPU主系统12中的无功补偿控制模块122可具体将电机电压值与设定电压值进行比较，若采集的电机电压值大于设定电压值，无功补偿控制模块122不发出任何信号，而若采集的电机电压值小于设定电压值，即电机失压时，无功补偿控制模块122则向无功补偿设备的投切开关发出关断指示信号，以控制无功补偿设备停止为电机提供无功补偿。

在本发明的一个可选实施例中，所述无功补偿设备3包括多组并联的电容器及与所述电容器一一对应的投切开关。

相应地，本实施例中，所述电机保护装置中的无功补偿控制模块，还用于：

根据实时采集的电机信号计算无功补偿量，根据所述无功补偿量确定投入或切除的电容器的数量；

根据所述计算得到的投入或切除的电容器的数量，向相应数量的投切开关发送闭合指示信号或关断指示信号。

具体来说，所述无功补偿控制模块，具体用于：

根据实时采集的电机信号获得无功补偿量，根据所述无功补偿量确定接入电容器的数量丨n丨；

若n大于0，则向n个未闭合的投切开关发送闭合指示信号；

若n小于0，则向丨n丨个闭合的投切开关发送关断指示信号。

由此可见，本实施例中CPU主系统的无功补偿控制模块对实时采集的电机信号进行数据处理，计算所需无功补偿量以及投入电容器组数，并经无功补偿控制模块向相关电容器投切开关发出动作信号。如此，本实施例中的电机保护装置能够根据电机工作状态判断无功补偿设备控制电容器投切并控制投切容量。

可选地，CPU主系统计算无功补偿容量时，可选择无功电流计算法、功率因数计算法或者无功差值计算法等。

具体来说，上述实施例中的电机保护模块包括但不限于电机过流保护单元及差动电流速断单元等。

在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，所述电机保护装置除了包括模拟量输入模块11及CPU主系统12，还包括：开关量输入输出模块13、人机对话模块14、串行通讯模块15及电源模块16。

其中，开关量输入输出模块13通过并行接口接入主线，而并行接口通过光耦接收开关输入量及发送开光输出量。人机对话模块14包括键盘、显示设备及打印机等。

图3是本发明一实施例提供的一种基于上述任一实施例中的电机保护装置的电机无功补偿方法的流程示意图，如图3所示，所述方法包括如下步骤：

S1：模拟量输入模块将实时采集的电机信号经过A/D转换后，发送至CPU主系统。

S2：所述CPU主系统根据所述电机信号判断无功补偿设备的投切及电机所需无功补偿量。

S3：所述CPU主系统向无功补偿设备发出投切信号，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿或停止为所述电机提供无功补偿。

本实施例中通过模拟量输入系统采集电机信号，通过A/D转换后传递给CPU主系统，以使CPU主系统根据电机实时数据确定电机工作状态，并根据电机工作状态判断无功补偿设备的投切和投切容量，代替了传统无功补偿设备控制器的功能。可见，本实施例提供的电机保护装置操作简单，简化了电机配套设备，节省空间。现有技术中，由无功补偿装置控制器核定电机无功补偿量，控制相应投切开关动作，而本实施例中将无功补偿设备的控制器功能融入电机综合保护装置，因此无功补偿装置得以简化，投资成本降低，适用于各种补偿设备及方法。

在本发明的一个可选实施例中，所述步骤S2，具体包括如下步骤：

S21：所述CPU主系统判断所述电机信号中的电机电流是否小于等于额定电流值。

S22：若所述电机电流小于等于额定电流值，所述CPU主系统向所述无功补偿设备的投切开关发送闭合指示信号，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿。

S23：若所述电机电流等于零时，所述CPU主系统向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号。

可理解的是，若所述电机电流大于额定电流值，所述CPU主系统不发出信号，并转回步骤S21。

由此可见，本实施例中，CPU主系统可具体将电机电流值与给定的额定电流值进行比较，若采集的电机电流值大于额定电流值，CPU主系统则不发出任何信号，而若采集的电机电流值小于或等于额定电流值，CPU主系统则向无功补偿设备投切开关发出闭合指示信号，以控制无功补偿设备为电机提供无功补偿，若所述电机电流等于零时，CPU主系统则向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号。

在本发明的一个可选实施例中，所述步骤S2，具体包括如下步骤：

S21’：所述CPU主系统判断所述电机信号中的电机电压是否小于等于设定电压值。

S22’：若所述电机电压小于等于设定电压值，所述CPU主系统向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号，以使所述无功补偿设备停止为所述电机提供无功补偿。

可理解的是，若所述电机电压大于设定电流值，所述CPU主系统不发出信号，并转回步骤S21’。

由此可见，本实施例中，CPU主系统可具体将电机电压值与设定的电压值进行比较，若采集的电机电压值大于设定电压值，CPU主系统则不发出任何信号，而若采集的电机电压值小于或等于设定电压值，即电机失压时，CPU主系统则向无功补偿设备投切开关发出关断指示信号，以控制无功补偿设备停止为电机提供无功补偿。

在本发明的一个可选实施例中，所述步骤S2，具体包括如下步骤：

S201：根据所述电机电流及所述电机电压获得无功补偿量，根据所述无功补偿量确定接入电容器的数量丨n丨；

S202：若n大于0，则向n个未闭合的投切开关发送闭合指示信号；

S203：n个未闭合的投切开关闭合，相应的电容器发出无功；

S204：若n小于0，则向丨n丨个闭合的投切开关发送关断指示信号。

S205：丨n丨个闭合的投切开关断开，相应的电容器停止工作。

由此可见，本实施例中CPU主系统对电机电流及电机电压进行数据处理，计算所需无功补偿量以及投入电容器组数，经CPU主系统向相关电容器投切开关发出动作信号。如此，本实施例中的电机保护装置能够根据电机工作状态判断无功补偿设备控制电容器投切并控制投切容量。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电机保护装置，其特征在于，所述电机保护装置与电机连接，所述电机保护装置与无功补偿设备通过光缆或无线进行通信，所述电机保护装置包括：CPU主系统及模拟量输入模块；

所述模拟量输入模块，用于将实时采集的电机信号经过A/D转换后发送至所述CPU主系统；

所述CPU主系统包括电机保护模块和无功补偿控制模块；

所述无功补偿控制模块用于根据所述电机信号判断无功补偿设备的投切及电机所需无功补偿量，从而控制所述无功补偿设备中电容器的投切状态，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿或停止为所述电机提供无功补偿；

所述无功补偿控制模块，具体用于：

判断所述电机信号中的电机电压是否小于等于设定电压值；

若所述电机电压小于等于设定电压值，则向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号，以使所述无功补偿设备停止为所述电机提供无功补偿；

当所述CPU主系统判断所述电机电流小于等于额定电流值时，则所述无功补偿控制模块向所述无功补偿设备的投切开关发送闭合指示信号，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿；

若所述电机电流等于零时，则向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无功补偿设备包括多组并联的电容器及与所述电容器一一对应的投切开关；

相应地，所述无功补偿控制模块，还用于：

根据实时采集的电机信号计算无功补偿量，根据所述无功补偿量确定投入或切除的电容器的数量；

根据所述计算得到的投入或切除的电容器的数量，向相应数量的投切开关发送闭合指示信号或关断指示信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述无功补偿控制模块，具体用于：

根据实时采集的电机信号获得无功补偿量，根据所述无功补偿量确定接入电容器的数量丨n丨；

若n大于0，则向n个未闭合的投切开关发送闭合指示信号；

若n小于0，则向丨n丨个闭合的投切开关发送关断指示信号。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机保护模块包括但不限于电机过流保护单元、差动电流速断单元。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机保护装置还包括：开关量输入输出模块、人机对话模块、串行通讯模块及电源模块。

6.一种基于权利要求1～5中任一项所述电机保护装置的电机保护方法，其特征在于，所述方法包括：

模拟量输入模块将实时采集的电机信号经过A/D转换后，发送至CPU主系统；

所述CPU主系统根据所述电机信号判断无功补偿设备的投切及电机所需无功补偿量；

所述CPU主系统向无功补偿设备发出投切信号，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿或停止为所述电机提供无功补偿。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述CPU主系统根据所述电机信号判断无功补偿设备的投切，包括：

所述CPU主系统判断所述电机信号中的电机电流是否小于等于额定电流值；

若所述电机电流小于等于额定电流值，所述CPU主系统向所述无功补偿设备的投切开关发送闭合指示信号，以使所述无功补偿设备为所述电机提供无功补偿；

若所述电机电流等于零时，则向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述CPU主系统根据所述电机信号判断无功补偿设备的投切，包括：

所述CPU主系统判断所述电机信号中的电机电压是否小于等于设定电压值；

若所述电机电压小于等于设定电压值，所述CPU主系统向所述无功补偿设备的投切开关发送关断指示信号，以使所述无功补偿设备停止为所述电机提供无功补偿。

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